Kā Darbojas Debesskrāpji

{h1}

Cilvēki debesskrāpjus būvē galvenokārt tāpēc, ka tie ir ērti - no salīdzinoši neliela zemes gabala jūs varat izveidot daudz nekustamo īpašumu. Viņi ir arī iedvesmojoši. Debesskrāpji aizrauj mūsu iztēli - cik augstu mēs varam tos celt? Uzziniet par šo monumentālo ēku arhitektūru un dizainu.

Visā arhitektūras vēsturē ir bijuši nepārtraukti augstuma meklējumi. Tūkstošiem strādnieku veica darbus senās Ēģiptes piramīdās, Eiropas katedrālēs un neskaitāmos citos torņos, un visi centās radīt kaut ko satriecošu.

Cilvēki debesskrāpjus būvē galvenokārt tāpēc, ka tie ir ērti - no salīdzinoši neliela zemes gabala jūs varat izveidot daudz nekustamo īpašumu. Bet ego un varenība dažkārt spēlē nozīmīgu lomu būvniecības apjomā, tāpat kā iepriekšējās civilizācijās.

Vēl salīdzinoši nesen mēs varējām nokļūt tikai tik augstu. Pēc noteikta brīža to turpināt celt vienkārši nebija iespējams. 1800. gadu beigās jaunā tehnoloģija atkārtoti definēja šos ierobežojumus. Pēkšņi bija iespējams dzīvot un strādāt kolosālos torņos, simtiem pēdu virs zemes.

Šajā rakstā mēs apskatīsim jauninājumus, kas padarīja šīs neticamās struktūras iespējamas. Mēs apskatīsim galvenos arhitektūras jautājumus, kas saistīti ar debesskrāpju uzturēšanu, kā arī dizaina jautājumus, kas saistīti ar to praktisko izmantošanu. Visbeidzot, mēs ieraudzīsim debesskrāpju nākotni, lai uzzinātu, cik augstu mēs varētu nokļūt.

Tālāk mēs runāsim par to, kā debesskrāpji izturas pret gravitāciju.

Cīņa ar smagumu

Abi Ņujorkas Pasaules tirdzniecības centra torņi bija 1360 pēdu (415 metru) augstumā, un to kodolā bija masīva tērauda kopne.

Abi Ņujorkas Pasaules tirdzniecības centra torņi bija 1360 pēdu (415 metru) augstumā, un to kodolā bija masīva tērauda kopne.

Galvenais šķērslis, veidojot augšup, ir vilkme uz leju smagums. Iedomājieties, ka nesat draugu uz pleciem. Ja persona ir diezgan viegla, varat viņu diezgan labi atbalstīt pats. Bet, ja jūs uz drauga pleciem uzliktu citu cilvēku (uzceltu savu torni augstāk), svara, iespējams, būtu par daudz, lai jūs varētu nēsāt vienatnē. Lai izveidotu torni, kas ir “daudz cilvēku augsts”, apakšā ir nepieciešams vairāk cilvēku, lai atbalstītu visu iepriekš minēto svaru.

Šādi darbojas “karsējmeiteņu piramīdas”, kā arī darbojas īstas piramīdas un citas akmens ēkas. Apakšā jābūt vairāk materiāla, lai atbalstītu visu iepriekš minēto materiālu kopējo svaru. Katru reizi, kad pievienojat jaunu vertikālu slāni, kopējais spēks katrā punktā, kas atrodas zem šī slāņa, palielinās. Ja jūs turpinātu palielināt piramīdas pamatni, jūs to varētu uzcelt uz nenoteiktu laiku. Protams, tas kļūst neiespējami ļoti ātri, jo apakšējā pamatne aizņem pārāk daudz pieejamo zemi.

Parastās ēkās, kas izgatavotas no ķieģeļi un java, būvējot jaunus augšējos stāvus, jums ir jāturpina sabiezēt apakšējās sienas. Pēc noteikta augstuma sasniegšanas tas ir ļoti nepraktiski. Ja apakšējos stāvos gandrīz nav vietas, kāda jēga izgatavot augstu ēku?

Izmantojot šo tehnoloģiju, cilvēki nekonstruēja vairāk nekā 10 stāvu ēkas - tas vienkārši nebija iespējams. Bet 1800. gadu beigās notika virkne sasniegumu un apstākļu, un inženieri spēja pārkāpt augšējo robežu - un pēc tam dažus. Sociālie apstākļi, kas noveda pie debesskrāpjiem, bija pieaugošie Amerikas lielpilsētu centri, īpaši Čikāga. Visi uzņēmumi vēlējās, lai biroji atrastos netālu no pilsētas centra, taču nepietika vietas. Šajās pilsētās arhitektiem bija nepieciešams veids, kā paplašināt metropoli uz augšu, nevis uz āru.

Galvenais tehnoloģiskais sasniegums, kas ļāva debesskrāpjus padarīt iespējamu, bija masu attīstība dzelzs un metāls ražošana (sīkāku informāciju skat. Kā darbojas dzelzs un tērauds). Jaunie ražošanas procesi ļāva ražot cietā dzelzs garās sijas. Būtībā tas arhitektiem deva pilnīgi jaunu celtniecības bloku komplektu, ar kuriem strādāt. Šaurās, salīdzinoši vieglās metāla sijas varētu atbalstīt daudz lielāku svaru nekā vecāku ēku masīvkoka sienas, vienlaikus aizņemot nelielu daļu no vietas. Ar iestāšanos Bessemera process, pirmā efektīvā metode masveida tērauda ražošanā, arhitekti atkāpās no dzelzs. Tērauds, kas ir pat vieglāks un stiprāks par dzelzi, ļāva būvēt vēl augstākas ēkas.

Dvīņu torņi

Kad 2001. gada 11. septembrī tika sagrauti Pasaules Tirdzniecības centra dvīņu torņi, sākumā šķita, ka tie varētu palikt stāvoši. Bet nepilnu divu stundu laikā abi torņi bija sabrukuši uz zemes. Uzziniet, kā galu galā devās ievērojamā strukturālā atbalsta sistēma šajās ēkās mūsu rakstā par Pasaules tirdzniecības centru.

Milzu siju režģi

Debesskrāpja pamati ir izkliedēti

Debesskrāpja pamati ir izkliedēti

Šis saturs nav saderīgs ar šo ierīci.

Noklikšķiniet uz Veidot, lai redzētu, kā debesskrāpja daļas darbojas kopā.

Debesskrāpja centrālā atbalsta struktūra ir tā tērauda skelets. Metāla sijas ir kniedētas no gala līdz galam, lai veidotu vertikālu kolonnas. Katrā grīdas līmenī šīs vertikālās kolonnas ir savienotas ar horizontālu sijas sijas. Daudzām ēkām ir arī diagonālas sijas, kas virzās starp sijām, lai iegūtu papildu strukturālo atbalstu.

Šajā milzu trīsdimensiju režģī - ko sauc par super struktūra - viss ēkas svars tiek pārsūtīts tieši uz vertikālajām kolonnām. Tas koncentrē gravitācijas radīto lejupejošo spēku salīdzinoši nelielās vietās, kur kolonnas atrodas ēkas pamatnē. Pēc tam šo koncentrēto spēku izkliedē substruktūra zem ēkas.

Tipiskā debesskrāpja apakšsistēmā katra vertikālā kolonna atrodas uz izplatīt pamatus. Kolonna balstās tieši uz a čuguna plāksne, kas atrodas virs a grillage. Grillage galvenokārt ir horizontālu tērauda siju kaudze, kas ir izklāta viena otrai blakus divos vai vairākos slāņos (sk. Diagrammu zemāk). Grillage balstās uz bieza betona paliktņa, kas zem zemes ieliets tieši uz cietā māla. Kad tērauds ir vietā, visa konstrukcija ir pārklāta ar betonu.

Šī struktūra izplešas zemāk zemē, tāpat kā piramīda izplešas, ejot lejā. Tas sadala koncentrēto svaru no kolonnām pa plašu virsmu. Galu galā visa ēkas masa gulstas tieši uz cietā māla materiālu zem zemes. Ļoti smagās ēkās izkliedēto pēdu pamatne balstās uz masīvām betona piestātnēm, kas sniedzas līdz pat zemei pamatiežu slānis.

Viena no galvenajām tērauda skeleta struktūras priekšrocībām ir tā, ka ārsienas, ko sauc par Aizskaru siena - nepieciešams tikai atbalstīt savu svaru. Tas ļauj arhitektiem atvērt ēku tik daudz, cik viņi vēlas, tieši pretstatā biezām sienām tradicionālajā celtniecībā. Daudzos debesskrāpjos, īpaši tajos, kas celti pagājušā gadsimta piecdesmitajos un sešdesmitajos gados, aizkaru sienas ir gandrīz pilnībā izgatavotas no stikla, nodrošinot iemītniekiem iespaidīgu skatu uz viņu pilsētu.

Padarot to funkcionālu

Empire State Building 73 lifti var pārvietoties no 600 līdz 1400 pēdām (183 līdz 427 metriem) minūtē. Maksimālā ātrumā jūs varat nobraukt no vestibila uz 80. stāvu 45 sekundēs.

Empire State Building 73 lifti var pārvietoties no 600 līdz 1400 pēdām (183 līdz 427 metriem) minūtē. Maksimālā ātrumā jūs varat nobraukt no vestibila uz 80. stāvu 45 sekundēs.

Pēdējā sadaļā mēs redzējām, ka jauni dzelzs un tērauda ražošanas procesi paver iespēju pievilkt ēkas. Bet šī ir tikai puse no attēla. Lai augstceltņu debesskrāpji varētu kļūt par realitāti, inženieriem tie bija jāpadara praktiski.

Tiklīdz jūs saņemat vairāk nekā piecus vai sešus stāvus, kāpnes kļūst par diezgan neērtu tehnoloģiju. Debesskrāpji nekad nebūtu strādājuši, ja nejauši parādītos liftu tehnoloģija. Kopš pirmā pasažieru lifta uzstādīšanas Ņujorkas Haughwout universālveikalā 1857. gadā lifta vārpstas ir bijušas liela daļa no debesskrāpju dizaina. Lielākajā daļā debesskrāpju lifta vārpstas veido ēkas centrālo kodolu.

Izdomājot lifta uzbūve ir sava veida līdzsvarojošs akts. Pievienojot ēkai vairāk stāvu, jūs palielināt ēkas noslogojumu. Kad jums ir vairāk cilvēku, jums acīmredzot ir vajadzīgs vairāk liftu, vai arī vestibils piepildīsies ar cilvēkiem, kuri gaida rindā. Bet lifta vārpstas aizņem daudz vietas, tāpēc jūs zaudējat grīdas platību katram pievienotajam liftam. Lai cilvēkiem būtu vairāk vietas, jums ir jāpievieno vairāk stāvu. Viena no vissvarīgākajām ēkas projektēšanas sastāvdaļām ir lēmums par pareizo stāvu un liftu skaitu.

Ēku drošība ir arī būtisks apsvērums dizainā. Debesskrāpji nebūtu tik labi strādājuši, ja 1800. gados nebūtu parādījušies jauni ugunsizturīgi celtniecības materiāli. Mūsdienās debesskrāpjus aprīko arī ar izsmalcinātu sprinkleru aprīkojumu, kas izceļ lielāko daļu ugunsgrēku, pirms tie izplatās ļoti tālu. Tas ir ārkārtīgi svarīgi, ja simtiem cilvēku dzīvo un strādā tūkstošiem pēdu virs drošas izejas.

Arhitekti arī pievērš īpašu uzmanību ēkas iemītnieku ērtības. Piemēram, Empire State Building tika projektēta tā, lai tās iemītnieki vienmēr atrastos 30 pēdu (pēdu) attālumā no loga. Commerzbank ēkā Frankfurtē, Vācijā ir mierīgas iekštelpu dārza zonas, kas uzceltas pretī ēkas biroju zonām, kāpšanas spirāles struktūrā. Ēka ir veiksmīga tikai tad, kad arhitekti ir pievērsušies uzmanību ne tikai struktūras stabilitātei, bet arī izmantojamībai un apmierinātībai ar iedzīvotājiem.

Vēja izturība

Chrysler ēka Ņujorkā.

Chrysler ēka Ņujorkā.

Papildus vertikālajam gravitācijas spēkam debesskrāpjiem ir jārisina arī vēja horizontālais spēks. Lielākā daļa debesskrāpju var viegli pārvietoties vairākas pēdas abos virzienos, piemēram, šūpojošs koks, nesabojājot to konstrukcijas integritāti. Šīs horizontālās kustības galvenā problēma ir tā, kā tā ietekmē cilvēkus iekšpusē. Ja ēka pārvietojas ievērojamā horizontālā attālumā, iemītnieki to noteikti izjutīs.

Visvienkāršākā horizontālās šūpošanās kontroles metode ir vienkārši pievilkt struktūru. Vietā, kur horizontālās sijas piestiprina pie vertikālās kolonnas, celtniecības apkalpes skrūves un metina tās augšpusē un apakšā, kā arī sānos. Tas liek visai tērauda superkonstrukcijai kustēties vairāk kā viena vienība, piemēram, pole, nevis lokana skelets.

Augstākiem debesskrāpjiem stingrāki savienojumi to īsti nedara. Lai neļautu šīm ēkām spēcīgi šūpoties, inženieriem caur ēkas centru ir jāveido īpaši spēcīgi serdeņi. Empire State Building, Chrysler Building un citos debesskrāpjos no šī laikmeta teritorija ap centrālajām lifta šahtām ir stiprināta ar izturīgu tērauda kopni, kas piestiprināta ar diagonālām sijām. Jaunākajās ēkās ir viens vai vairāki betona serdeņi, kas iebūvēti ēkas centrā.

Padarot ēkas stingrākas, tās arī aizsargā no zemestrīces postījumiem. Būtībā visa ēka pārvietojas ar zemes horizontālajām vibrācijām, tāpēc tērauda skelets nav savīti un saspringts. Lai gan tas palīdz aizsargāt debesskrāpja struktūru, tas var būt diezgan rupjš attiecībā pret pasažieriem, un tas var arī radīt lielu kaitējumu zaudētajām mēbelēm un aprīkojumam. Vairāki uzņēmumi izstrādā jaunu tehnoloģiju, kas neitralizēs horizontālo kustību, lai mazinātu vibrācijas spēku. Lai uzzinātu vairāk par šīm sistēmām, pārbaudiet, kā darbosies viedās struktūras.

Dažās ēkās jau tiek izmantoti uzlaboti vēja kompensējošie aizbīdņi. Piemēram, Citicorp centrs Ņujorkā izmanto a noregulēts masas slāpētājs. Šajā sarežģītajā sistēmā eļļas hidrauliskās sistēmas uzstāj uz 400 tonnu betona svara uz priekšu un atpakaļ vienā no augšējiem stāviem, pārceļot visas ēkas svaru no vienas puses uz otru. Sarežģīta datorsistēma uzmanīgi uzrauga, kā vējš pārvietojas uz ēku, un attiecīgi pārvieto svaru. Dažas līdzīgas sistēmas maina ēkas svaru, pamatojoties uz milzu svārsta kustību.

Vertikālās variācijas

Chrysler Building 1046 pēdu (319 metru) atšķirīgais hroma-niķeļa tērauda kronis ir klasisks art deco arhitektūras piemērs.

Chrysler Building 1046 pēdu (319 metru) atšķirīgais hroma-niķeļa tērauda kronis ir klasisks art deco arhitektūras piemērs.

Kā mēs redzējām iepriekšējās sadaļās, debesskrāpji ir visu formu un izmēru. Tērauda skeleta koncepcija nodrošina īpaši elastīgu struktūru. Kolonnas un sijas ir kaut kas līdzīgs milzu gabaliem montāžas komplektā. Vienīgais reālais ierobežojums ir to arhitektu un inženieru iztēle, kuri salika gabalus.

Agrākie debesskrāpji, kas celti 1800. gadu beigās, bija ļoti pamata kastes ar vienkāršām akmens un stikla aizkaru sienām. Arhitektiem, kas uzcēla šos debesskrāpjus, galējais augstums bija pietiekami iespaidīgs. Laika posmā ap 1900. gadu sāka mainīties estētika. Ēkas kļuva garākas, un arhitekti pievienoja vairāk ekstravagantus gotikas elementus, zem tā paslēpjot buksēto tērauda konstrukciju.

dekoratīvā māksla 1920., 30. un 40. gadu kustība paplašināja šo pieeju, veidojot ēkas, kas stāvēja kā patiesi mākslas darbi. Šajā laikmetā iznāca daži no slavenākajiem debesskrāpjiem, ieskaitot Empire State Building un Chrysler Building (iepriekš). Lietas atkal mainījās 50. gados, kad starptautiskais stils sāka ķerties klāt. Tāpat kā agrākie debesskrāpji, arī šīm ēkām bija maz ornamentu vai to nebija vispār. Tie galvenokārt tika izgatavoti no stikla, tērauda un betona.

Kopš 60. gadiem daudzi arhitekti ir veduši debesskrāpi uz jaunām un negaidītām vietām. Viena no interesantākajām variācijām ir bijusi vairāku vertikālo skeleta sekciju kombinācija - vai caurules - vienā ēkā. Sears tornis Čikāgā, slavenākais šīs pieejas piemērs, sastāv no deviņām izlīdzinātām caurulēm, kas sasniedz dažādu augstumu. Tas ēkai piešķir interesantu sakārtotu izskatu.

Uz priekšu un uz augšu

"Pasaules augstākā" tituls regulāri tiek pārvietots no debesskrāpja līdz debesskrāpim. Šis ir viens no viskonkurētspējīgākajiem konkursiem būvniecībā. Arhitekti un inženieri sirsnīgi pieņem augstākas celtniecības izaicinājumus, un korporācijas un pilsētas vienmēr piesaista krāšņās sacensības krāšņumā. Pašreizējais čempions ir Petronas Towers Malaizijā (sk. Sānu joslu iepriekšējā sadaļā).

Kopumā debesskrāpju sacensības nebūt nav beigušās. Ir vairāk nekā 50 ierosinātu ēku, kas sabojātu pašreizējo rekordu. Dažas konservatīvākas struktūras jau tiek būvētas. Bet ambiciozākās grupas ēkas šajā laikā ir tikai teorētiskas. Vai tie ir iespējami? Pēc dažu inženieru ekspertu domām, patiesais ierobežojums ir nauda, ​​nevis tehnoloģija. Īpaši augstām ēkām būtu nepieciešami īpaši izturīgi materiāli un dziļas, stiprinātas pamatnes. Celtniecības ekipāžām būtu nepieciešami sarežģīti celtņi un sūknēšanas sistēmas, lai materiāli un betons nonāktu augstākajā līmenī. Viss sakot, vienas no šīm ēkām novietošana varētu viegli maksāt desmitiem miljardu dolāru.

Turklāt ar liftu būtu loģistikas problēmas. Lai 200 stāvu ēkas augšējie stāvi būtu viegli pieejami, jums būs nepieciešams liels liftu klāsts, kas ēkas centrā aizņemtu plašu teritoriju. Viens no šīs problēmas vienkāršajiem risinājumiem ir sakārtot liftus tā, lai tie tikai daļēji paceltos virs ēkas. Pasažieri, kas vēlas iet augšpusē, paceltu liftu līdz pusei, izkāptu un tad visu atlikušo ceļu aizvestu ar citu liftu.

Eksperti ir atšķirīgi jautājumā par to, cik augstu mēs patiešām varam sasniegt tuvākajā nākotnē. Daži saka, ka mēs varētu uzbūvēt jūdžu augstu (5280 pēdas vai 1,609 m) ēku ar esošajām tehnoloģijām, bet citi saka, ka mums pirms šo ēku ieviešanas būtu jāizstrādā vieglāki, stiprāki materiāli, ātrāki lifti un uzlaboti slīpuma slāpētāji. Runājot tikai hipotētiski, vairums inženieru nenoteiks augšējo robežu. Daudzi eksperti saka, ka nākotnes tehnoloģiju attīstība varētu novest pie augstām pilsētām, kurās dzīvo miljons cilvēku vai vairāk.

Vai mēs tur tiešām nokļūsim, ir cits jautājums. Mēs varētu būt spiesti nākotnē celties tālāk uz augšu, vienkārši lai saglabātu zemi. Kad jūs veidojat augšu, jūs varat daudz vairāk koncentrēt attīstību vienā apgabalā, tā vietā, lai izplatītos vēl neizmantotās dabiskās zonās. Pilsētas ar debesskrāpjiem būtu arī ļoti ērtas: vairāk uzņēmumu var apvienot vienā pilsētā, samazinot brauciena uz darbu laiku.

Bet galvenais debesskrāpju sacensību spēks varētu izrādīties pamata iedomība. Tur, kur pieminekļa augstums kādreiz godināja dievus un karaļus, tagad tas pagodina korporācijas un pilsētas. Šīs struktūras rodas no ļoti fundamentālas vēlmes - visi vēlas, lai kvartālā būtu lielākā celtne. Šis dzinulis ir bijis nozīmīgs debesskrāpju attīstības faktors pēdējos 120 gados, un ir labi derēt, ka tas turpinās celt ēkas nākamajos gadsimtos.

Augstākais tornis

Kopš pirmajiem strauji augošajiem debesskrāpjiem 1800. gadu beigās pilsētas un korporācijas sacenšas par pasaules augstāko celtni. Pašlaik notiek dažas debates par to, kurš ir rekords. Ne visi ir vienisprātis par to, kuras struktūras būtu jāapsver. Tradicionāli arhitektu kopiena ēku definē kā norobežotu struktūru, kas būvēta galvenokārt izmantošanai. Tas no skrējiena izslēdz daudz ārkārtīgi augstu, brīvi stāvošu konstrukciju, piemēram, Toronto 1,815 pēdu (pēdu) CN torni.

Pat “tradicionālajās ēkās” ir bijušas diskusijas. Piemēram, ja kopējā augstuma rādījumā iekļaujat jumta antenas, Sears tornis ir 1.730 pēdu garš. Bez antenas tas ir tikai 1450 pēdas garš. Bet parasti dekoratīvās konstrukcijas tiek ņemtas vērā augstumā, bet antenas to nedara.

Tātad, kurš šobrīd ir vadošais? Šis gods pienākas Taipei 101 Taipei, Taivānā. Lai gan tajā ir par deviņiem mazāk stāstu nekā Sears Tower - Taipei 101 ir 101 stāsts un Sears Tower ir 110 stāvi - Taipei 101 ir garāks. Tas atrodas pie pārsteidzošas 1670 pēdas - tas ir 220 pēdas garāks par Sears torni un 187 pēdas garāks nekā iepriekšējais uzvarētājs - Petronas torņi.

Kā Darbojas Debesskrāpji


Video Papildinājums: Dok. Filma: Liels, Lielāks, Lielākais - Teleskops.




Pētniecība


Gingivīts Un Periodontīts: Smaganu Slimības Simptomi Un Ārstēšana
Gingivīts Un Periodontīts: Smaganu Slimības Simptomi Un Ārstēšana

Urīna Pārbaude Vienā Dienā Varētu Noteikt Vēzi, Jo Jaunā Metode Rāda Solījumu
Urīna Pārbaude Vienā Dienā Varētu Noteikt Vēzi, Jo Jaunā Metode Rāda Solījumu

Zinātne Ziņas


Vai Suņa Mute Ir Tīrāka Nekā Cilvēka?
Vai Suņa Mute Ir Tīrāka Nekā Cilvēka?

Viesuļvētras Īzaka Pareģotais Ceļš
Viesuļvētras Īzaka Pareģotais Ceļš

Itālijas Zinātnieki Pārsūdz Zemestrīces Slepkavības Spriedumu
Itālijas Zinātnieki Pārsūdz Zemestrīces Slepkavības Spriedumu

Mellenes Un Zemenes Var Mazināt Garīgo Samazināšanos
Mellenes Un Zemenes Var Mazināt Garīgo Samazināšanos

Similac Formula Atsaukta Vaboļu Piesārņojuma Dēļ
Similac Formula Atsaukta Vaboļu Piesārņojuma Dēļ


LV.WordsSideKick.com
Visas Tiesības Aizsargātas!
Pavairošana Materiālu Atļauts Tikai Prostanovkoy Aktīvu Saiti Uz Vietni LV.WordsSideKick.com

© 2005–2024 LV.WordsSideKick.com